BR112013028356B1 - SYSTEM FOR CONVERTING WIND ENERGY INTO ELECTRIC ENERGY THROUGH FLIGHTS OF ENERGY WING PROFILES MOORED TO THE GROUND BY FIXED LENGTH CABLES WITHOUT PASSIVE PHASES AND WITH AUTOMATIC ADAPTING TO WIND CONDITIONS - Google Patents
SYSTEM FOR CONVERTING WIND ENERGY INTO ELECTRIC ENERGY THROUGH FLIGHTS OF ENERGY WING PROFILES MOORED TO THE GROUND BY FIXED LENGTH CABLES WITHOUT PASSIVE PHASES AND WITH AUTOMATIC ADAPTING TO WIND CONDITIONS Download PDFInfo
- Publication number
- BR112013028356B1 BR112013028356B1 BR112013028356-4A BR112013028356A BR112013028356B1 BR 112013028356 B1 BR112013028356 B1 BR 112013028356B1 BR 112013028356 A BR112013028356 A BR 112013028356A BR 112013028356 B1 BR112013028356 B1 BR 112013028356B1
- Authority
- BR
- Brazil
- Prior art keywords
- energy
- wind
- base unit
- displacement path
- wing profile
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D5/00—Other wind motors
- F03D5/02—Other wind motors the wind-engaging parts being attached to endless chains or the like
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D13/00—Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
- F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
- F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
- F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2240/00—Components
- F05B2240/20—Rotors
- F05B2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
- F05B2240/31—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor of changeable form or shape
- F05B2240/311—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor of changeable form or shape flexible or elastic
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2240/00—Components
- F05B2240/90—Mounting on supporting structures or systems
- F05B2240/93—Mounting on supporting structures or systems on a structure floating on a liquid surface
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2240/00—Components
- F05B2240/90—Mounting on supporting structures or systems
- F05B2240/94—Mounting on supporting structures or systems on a movable wheeled structure
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2240/00—Components
- F05B2240/90—Mounting on supporting structures or systems
- F05B2240/94—Mounting on supporting structures or systems on a movable wheeled structure
- F05B2240/941—Mounting on supporting structures or systems on a movable wheeled structure which is a land vehicle
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2240/00—Components
- F05B2240/90—Mounting on supporting structures or systems
- F05B2240/95—Mounting on supporting structures or systems offshore
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/727—Offshore wind turbines
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Wind Motors (AREA)
Abstract
SISTEMA PARA CONVERTER ENERGIA EÓLICA EM ENERGIA ELÉTRICA ATRAVÉS DE VOOS DE PERFIS DE ASA DE ENERGIA AMARRADOS AO SOLO POR CABOS DE UM COMPRIMENTO FIXO, SEM FASES PASSIVAS E COM ADAPTAÇÃO AUTOMÁTICA PARA CONDIÇÕES EÓLICAS. Um método e sistema para conversão de energia eólica em energia elétrica ou mecânica através do voo de p elo menos um perfil de asa de energia (10) amarrado através de um ou mais cabos (11) a uma unidade de base (9) movida pelo perfil de asa de energia ao longo de uma trajetória de deslocamento alternado (12) para acionar um gerador (13), onde a trajetória de deslocamento alternado (12) é orientável de modo a se ajustar em uma direção (17) substancialmente ortogonal à direção do vento (W). Durante as fases de voo do perfil de asa de energia (10) sob condições de geração de energia, comprimento dos cabos (11) é mantido constante.SYSTEM TO CONVERT WIND ENERGY INTO ELECTRIC ENERGY THROUGH FLIGHTS OF ENERGY WING PROFILES MOORED TO THE GROUND BY FIXED LENGTH CABLES WITHOUT PASSIVE PHASES AND WITH AUTOMATIC ADAPTATION TO WIND CONDITIONS. A method and system for converting wind energy into electrical or mechanical energy through the flight of at least one energy wing profile (10) tethered through one or more cables (11) to a base unit (9) powered by the power wing profile along a reciprocating displacement path (12) to drive a generator (13), where the reciprocating displacement path (12) is steerable to fit in a direction (17) substantially orthogonal to the direction. of the wind (W). During the flight phases of the power wing profile (10) under power generating conditions, length of the cables (11) is kept constant.
Description
[0001] A presente invenção se refere a um sistema para a conversão de energia eólica em energia elétrica que explora o movimento alternado, ao longo de uma determinada trajetória, de uma unidade colocada em terra e arrastada por um perfil de asa de energia. O dito perfil de asa é preso à unidade de base por pelo menos um cabo e é controlado automaticamente por um sistema de controle intencionalmente fornecido. O cabo ou cabos que conecta/conectam a unidade de base ao perfil de asa tem/têm um comprimento fixo durante o funcionamento normal do sistema. O sistema de conversão é capaz de se adaptar automaticamente ao alterar adequadamente a trajetória da unidade de base de acordo com as variações de direção do vento, de modo a otimizar a produção de energia. A trajetória da unidade de base é proposta em dois possíveis formatos, isto é, um segmento de uma linha reta ou mesmo um arco de circunferência, mas pode, em geral, ser de váriosformatos.[0001] The present invention refers to a system for converting wind energy into electrical energy that exploits the alternating movement, along a certain trajectory, of a unit placed on land and dragged by an energy wing profile. Said wing profile is attached to the base unit by at least one cable and is automatically controlled by an intentionally provided control system. The cable or cables connecting/connecting the base unit to the wing profile is/have a fixed length during normal system operation. The conversion system is able to automatically adapt by properly altering the base unit's trajectory according to variations in wind direction, in order to optimize energy production. The trajectory of the base unit is proposed in two possible formats, that is, a segment of a straight line or even an arc of a circle, but it can, in general, be of several formats.
[0002] A presente invenção se refere, além disso, a uma estratégia de regulação ideal, com base na intensidade do vento como uma função da altitude do nível do solo, do comprimento dos cabos para o dito sistema de conversão de energia eólica em energia elétrica ou mecânica.[0002] The present invention furthermore relates to an ideal regulation strategy, based on the wind intensity as a function of the altitude from ground level, the length of the cables for said wind energy into energy conversion system electrical or mechanical.
[0003] A presente invenção se refere, além disso, a um sistema para aplicação do sistema de conversão supracitado e inovações anteriores no contexto marítimo, em particular para exploração do vento offshore.[0003] The present invention furthermore relates to a system for applying the aforementioned conversion system and previous innovations in the maritime context, in particular for offshore wind exploration.
[0004] A presente invenção se refere, igualmente, a uma estratégia de controle automático do voo de um perfil de asa de energia para o dito sistema de conversão de energia eólica em energia elétrica que é capaz de levar em conta as condições do vento, de forma a maximizar a produção de energia, ao mesmo tempo em que evita condições de operação que são potencialmente prejudiciais ou perigosas para a integridade do sistema.[0004] The present invention also relates to an automatic control strategy of the flight of an energy wing profile for said system for converting wind energy into electrical energy that is capable of taking into account wind conditions, in order to maximize energy production while avoiding operating conditions that are potentially harmful or dangerous to the integrity of the system.
[0005] Finalmente, a presente invenção se refere a um sistema de recuperação e gerenciamento da energia durante as fases de inversão do movimento do dito sistema de conversão de energia eólica em energia elétrica, isto é, quando a unidade geradora em terra atinge o final da trajetória predefinida e começa a se mover ao longo da mesma trajetória em uma direção oposta.[0005] Finally, the present invention refers to an energy recovery and management system during the inversion phases of movement of said wind energy into electrical energy conversion system, that is, when the onshore generating unit reaches the end of the preset trajectory and starts moving along the same trajectory in an opposite direction.
[0006] São conhecidos no estado da técnica, a partir de alguns artigos que aparecem em revistas, tanto de natureza científica quanto um nível popular, e de algumas patentes anteriores, processos de conversão de energia eólica por meio de dispositivos que são capazes de converter a energia mecânica gerada pela fonte de vento em alguma outra forma de energia, principalmente energia elétrica, que subtraem energia do vento usando perfis de asa de energia (geralmente referidos como “pipas”) conectados aos mesmos por meio de cabos. Por exemplo, as Patentes dos Estados Unidos Nos US 3,987,987, US 4,076,190, US 4,251,040, US 6,254,034 B1, US 6,914,345 B2, US 6,523,781 B2, US 7,656,053 e a Patente Internacional N° WO 2009/035492 descrevem sistemas para a conversão da energia cinética de correntes de vento em energia elétrica através de controle do voo de perfis de asa de energia presos ao solo de um ou mais cabos. Em muitos desses sistemas, pelo menos um perfil de asa está preso por cabos a uma unidade de manobra e geração de energia, presa no solo, e é ciclicamente guiado através de uma fase de tração, na qual ele ascende empurrado pelo vento e durante a qual desenrolamento dos cabos coloca em rotação um gerador da unidade de base concebido para geração de energia elétrica, e uma fase de recuperação, na qual o perfil é recuperado através de novo enrolamento dos cabos e, então, manobrado de modo a iniciar outra fase de tração. As ditas soluções apresentam a vantagem de ter uma estrutura em terra que tem um custo contido e é relativamente simples de construir. No entanto, existe uma desvantagem pelo fato de que há um movimento contínuo considerável de enrolamento e desenrolamento dos cabos em uma velocidade que pode ser alta e com forças de tração consideráveis. Assim, podem surgir problemas consideráveis de desgaste dos cabos com os consequentes custos elevados para substituições frequentes dos mesmos e paralisação do gerador durante as ditas operações de substituição.[0006] Are known in the state of the art, from some articles that appear in journals, both of a scientific nature and a popular level, and from some previous patents, wind energy conversion processes by means of devices that are capable of converting the mechanical energy generated by the wind source in some other form of energy, primarily electrical energy, which subtracts energy from the wind using energy wing profiles (generally referred to as “kites”) connected to them through cables. For example, United States Patent Nos. US 3,987,987, US 4,076,190, US 4,251,040, US 6,254,034 B1, US 6,914,345 B2, US 6,523,781 B2, US 7,656,053 and International Patent No. WO 2009/035492 describe systems for converting kinetic energy of wind currents into electrical energy by controlling the flight of power wing profiles attached to the ground of one or more cables. In many of these systems, at least one wing profile is tethered to a power-generating and maneuvering unit, secured to the ground, and is cyclically guided through a traction phase, in which it ascends pushed by the wind and during the which unwinding of the cables puts in rotation a generator of the base unit designed for electricity generation, and a recovery phase, in which the profile is recovered by rewinding the cables and then maneuvered to initiate another phase of traction. Said solutions have the advantage of having an earth structure that has a contained cost and is relatively simple to build. However, there is a disadvantage in that there is considerable continuous winding and unwinding motion of the cables at a speed that can be high and with considerable tensile forces. Thus, considerable problems of wear on the cables can arise with the consequent high costs for frequent replacements of the same and shutdown of the generator during said replacement operations.
[0007] Além disso, são conhecidas soluções tais como, por exemplo, aquela descrita na Patente Europeia EP 1,672,214 B1, onde a unidade de base é constituída por um carrossel circular, colocado em rotação por uma série de perfis de asa de energia, e a energia é gerada pelo movimento de rotação do carrossel. A dita solução pode também ser obtida através de uma série de unidades de base que se movem de uma maneira coordenada ao longo de um trilho circular conforme descrito, por exemplo, no artigo de M. Canale, L. e M. Fagiano Milanese, “High Altitude Wind Energy Generation Using Controlled Power Kites”, que aparece em IEEE Transactions on Control Systems Technology N° 18, páginas 279-293, 2010. A dita solução de carrossel pode operar tanto com um comprimento variável dos cabos quanto com um comprimento fixo dos cabos. A solução de carrossel com o comprimento de cabo variável permite que energia seja obtida também a partir do movimento de desenrolamento dos cabos, além daquela obtida pelo movimento de rotação do carrossel, mas apresenta as desvantagens de desgaste dos cabos, anteriormente mencionada para as configurações presas ao solo, e maior custo e complexidade de construção considerável. A solução de carrossel com comprimento de cabo fixo apresenta a vantagem de limitar o desgaste dos cabos; no entanto, ela é capaz de gerar apenas uma quantidade limitada de energia em virtude da assim denominada “fase passiva”, a qual é necessária para arraste dos perfis de asa em uma direção oposta ao vento para um ângulo de rotação de aproximadamente 70°.[0007] In addition, solutions are known such as, for example, that described in European Patent EP 1,672,214 B1, where the base unit is constituted by a circular carousel, set in rotation by a series of power wing profiles, and the energy is generated by the rotating movement of the carousel. Said solution can also be obtained through a series of base units that move in a coordinated manner along a circular path as described, for example, in the article by M. Canale, L. and M. Fagiano Milanese, “ High Altitude Wind Energy Generation Using Controlled Power Kites”, appearing in IEEE Transactions on Control Systems Technology No. 18, pages 279-293, 2010. Said carousel solution can operate with either a variable length of cables or a fixed length of cables. The carousel solution with variable cable length allows energy to be also obtained from the unwinding movement of the cables, in addition to that obtained by the rotating movement of the carousel, but it has the disadvantages of cable wear, mentioned above for tethered configurations. to the ground, and greater cost and considerable construction complexity. The fixed cable length carousel solution has the advantage of limiting cable wear; however, it is capable of generating only a limited amount of energy due to the so-called “passive phase”, which is required to drag the wing profiles in a direction opposite to the wind for a rotation angle of approximately 70°.
[0008] As considerações resumidas acima são apoiadas pelos estudos teóricos e pelas análises numéricas presentes no artigo de M. Milanese, L. Fagiano e D. Piga, “Control as a Key Technology for a Radical Innovation in Wind Energy Generation”, apresentado na American Control Conference 2010, Baltimore, MD, e publicado nos anais correspondentes, onde emergem claramente as vantagens e desvantagens de todas as soluções supracitadas de sistemas com base no voo de perfis de asa de energia com a unidade geradora colocada no solo.[0008] The considerations summarized above are supported by the theoretical studies and numerical analyzes present in the article by M. Milanese, L. Fagiano and D. Piga, "Control as a Key Technology for a Radical Innovation in Wind Energy Generation", presented in American Control Conference 2010, Baltimore, MD, and published in the corresponding annals, where the advantages and disadvantages of all the aforementioned system solutions based on the flight of energy wing profiles with the generating unit placed on the ground clearly emerge.
[0009] O objetivo da presente invenção consiste em resolver todos os problemas citados acima presentes nas configurações atuais ao fornecer um sistema para conversão de energia eólica em energia elétrica através do voo de perfis de asa de energia amarrados ao solo, no qual a energia é gerada pelo movimento alternado da unidade de base ao longo de uma determinada trajetória. O dito sistema gera energia ao operar com cabos de um comprimento fixo, assim, evitando problemas de desgaste dos cabos. Adicionalmente, além dos transientes de decolagem e pouso dos perfis de asa, por razões de manutenção ou em virtude da ausência de vento, ele não apresenta fases passivas graças a uma escolha apropriada da trajetória da unidade de base, assim, permitindo uma maior produção de energia quando comparado com as soluções atuais, dada as mesmas características do perfil de asa de energia. É conhecido no estado da técnica um sistema denominado “Buggy” que aparece na revista Drachen Foundation Journal, N° 16, Outono de 2004, e atribuído a Joe Hadzicki. O sistema “Buggy” permite operação com um comprimento de cabo constante e não apresenta fases passivas; no entanto, ele é limitado pelo fato de que opera sob condições ideais apenas para valores bem determinados de direção do vento enquanto que, à medida que as ditas condições variam, a energia produzida é menor. A presente invenção permite que estes limites sejam superados, na medida em que é capaz de se adaptar às variações de direção do vento. Finalmente, a presente invenção considera a possibilidade de aplicação para o contexto offshore, a grande vantagem do qual, quando comparado com as tecnologias offshore atuais, além de permitir captura da energia do vento em alta altitude, é que ele não requer fundações ou ancoragem no fundo do mar. Tudo isto permite, quando comparado com as soluções atuais com base em torres eólicas tradicionais, redução considerável nos custos de geração offshore de energia eólica e aumento considerável no número de locais de instalação.[0009] The objective of the present invention is to solve all the problems mentioned above present in the current configurations by providing a system for converting wind energy into electrical energy through the flight of energy wing profiles tied to the ground, in which the energy is generated by the reciprocating movement of the base unit along a given path. Said system generates energy when operating with cables of a fixed length, thus avoiding cable wear problems. Additionally, in addition to the wing profiles take-off and landing transients, for maintenance reasons or due to the absence of wind, it does not have passive phases thanks to an appropriate choice of base unit trajectory, thus allowing a greater production of energy when compared to current solutions, given the same characteristics of the energy wing profile. A system called “Buggy” which appears in the Drachen Foundation Journal, No. 16, Fall 2004, and attributed to Joe Hadzicki is known in the prior art. The “Buggy” system allows operation with a constant cable length and does not have passive phases; however, it is limited by the fact that it operates under ideal conditions only for well-determined values of wind direction while, as said conditions vary, the energy produced is smaller. The present invention allows these limits to be overcome, as it is able to adapt to variations in wind direction. Finally, the present invention considers the possibility of application to the offshore context, the great advantage of which, when compared to current offshore technologies, in addition to allowing high-altitude wind energy capture, is that it does not require foundations or anchoring in the seabed. All of this allows, when compared to current solutions based on traditional wind towers, considerable reduction in offshore wind energy generation costs and considerable increase in the number of installation sites.
[0010] Os objetivos e outras finalidades e vantagens da invenção acima, conforme surgirão a partir da descrição, são atingidos com um método para conversão de energia eólica em energia elétrica o qual se baseia no voo de perfis de asa presos com cabos de comprimento prevalentemente fixo e se adaptam à direção do vento, conforme definido na reivindicação 1 e nas reivindicações subordinadas à mesma, bem como com um sistema conforme definido na reivindicação 15 e nas reivindicações subordinadas à mesma.[0010] The objectives and other purposes and advantages of the above invention, as will emerge from the description, are achieved with a method for converting wind energy into electrical energy which is based on the flight of wing profiles attached with predominantly long cables fixed and adaptive to the wind direction as defined in
[0011] A presente invenção será descrita em maiores detalhes através de algumas concretizações preferidas da mesma, as quais são fornecidas a título de exemplo não limitativo, com referência aos desenhos anexos, em que:[0011] The present invention will be described in greater detail through some preferred embodiments thereof, which are provided by way of non-limiting example, with reference to the attached drawings, in which:
[0012] A Figura 1 é uma representação esquemática do sistema “Buggy”, conforme apresentado na revista Drachen Foundation Journal, N° 16, e a potência média correspondente gerada à medida que a direção do vento varia;[0012] Figure 1 is a schematic representation of the “Buggy” system, as presented in Drachen Foundation Journal, No. 16, and the corresponding average power generated as the wind direction varies;
[0013] A Figura 2 é uma representação esquemática de uma primeira concretização do sistema proposto pela presente invenção;[0013] Figure 2 is a schematic representation of a first embodiment of the system proposed by the present invention;
[0014] A Figura 3 é uma representação esquemática de uma segunda concretização do sistema proposto pela presente invenção;[0014] Figure 3 is a schematic representation of a second embodiment of the system proposed by the present invention;
[0015] A Figura 4 é uma representação esquemática de uma terceira concretização do sistema proposto pela presente invenção;[0015] Figure 4 is a schematic representation of a third embodiment of the system proposed by the present invention;
[0016] A Figura 5 é uma representação esquemática de uma concretização offshore para o sistema proposto pela presente invenção;[0016] Figure 5 is a schematic representation of an offshore embodiment for the system proposed by the present invention;
[0017] A Figura 6 é uma representação esquemática de uma estratégia de controle para o sistema proposto pela presente invenção, com recuperação e reutilização da energia nas fases de inversão do movimento.[0017] Figure 6 is a schematic representation of a control strategy for the system proposed by the present invention, with energy recovery and reuse in the movement inversion phases.
[0018] Com referência inicial à Figura 1, pode ser notado que, no sistema do tipo “Buggy”, a unidade de base 1 se move de uma forma alternada ao longo de uma trajetória 2 de formato tal como um segmento de uma linha reta, puxado, via os cabos 3, por um perfil de asa de energia 4. A unidade de base 1 é capaz de manobrar o perfil de asa de energia 4 por meio de soluções que fazem parte do estado da técnica, por exemplo, de acordo com o Pedido de Patente N° TO2010A000258 ou, eventualmente, de acordo com outra futuras ideias criativas e soluções construtivas. A energia é gerada por meio de um sistema de transmissão mecânico 5 de um tipo corrente ou correia que converte o movimento de translação da unidade de base para um movimento de rotação de geradores elétricos 6 apropriados. Conforme emerge das análises presentes em várias publicações, tal como a tese de graduação por D. Piga, “Analisi delle prestazioni del sistema kitegen: eolico di alta quota” (“Análise de desempenho do sistema Kitegen: o poder do vento em alta altitude”), Turin Polytechnic, 2008, e a tese de doutorado de L. Fagiano, “Control of Tethered Airfoils for High- Altitude Wind Energy Generation”, Turin Polytechnic, 2009, a potência média gerada pelo sistema Buggy, para características fixas do perfil de asa e de intensidade do vento, varia com o ângulo θ entre a direção 7 do vento W mostrado, a título de exemplo na Figura 1, em duas possíveis condições, com θ = 0° e com θ = 90°, e a direção 8 da trajetória 8 da unidade de base. O gráfico da dita variação, em valor percentual com relação ao valor máximo obtenível para características atribuídas do perfil de asa e as condições do vento, é representado no gráfico da Figura 1. Note que a produção máxima de energia é obtida quando a direção do vento é perpendicular à direção da unidade de base. O sistema introduzido com a presente invenção é capaz de modificar a trajetória da unidade de base, de modo a manter sempre uma inclinação ótima em relação à direção do vento.[0018] With initial reference to Figure 1, it can be noted that, in the "Buggy" type system, the
[0019] Com referência agora à Figura 2, pode ser notado que uma primeira concretização do sistema proposto pela presente invenção é constituída por uma unidade de base 9 capaz de controlar e manobrar um perfil de asa de energia 10 preso à mesma através de um ou mais cabos 11. A unidade de base tem seu movimento restrito ao longo de um sistema de trilhos retilíneos 12 e segue continuamente em direções alternadas no comprimento dos ditos trilhos, arrastada pelas forças de tração exercidas pelo perfil de asa 10 sobre os cabos 11. A energia é gerada com a técnica anterior ilustrada na Figura 1 ou 5 com um ou mais sistemas 13 aplicados à unidade de base 9, cada um constituído por uma roda conectada, através de um sistema de transmissão, a um gerador elétrico. Além disso, a energia pode também ser gerada através da construção, de uma forma adequada, da unidade de base e do sistema de trilhos, de modo a formar um gerador/motor linear. A eletricidade gerada é adequadamente gerida e transmitida através de cabos 14 para uma estrutura fixa, concebida para sua introdução na rede elétrica e, possivelmente, para seu acúmulo com dispositivos conhecidos da técnica intencionalmente fornecidos, tais como sistemas de inércia ou hidrogênio. A construção da unidade de base 9, do sistema de trilhos 12 e dos sistemas 13 é tal que assegura rolamento das rodas dos sistemas 13 em todas as condições do vento e condições de movimento da unidade de base 9, de modo a evitar qualquer deslizamento e consequentes perdas de eficiência por atrito. Além disso, o sistema de trilhos 12 é capaz de equilibrar as forças exercidas pelos cabos 11 sobre a unidade de base 9, exceto quanto à força na direção de movimento, a qual é equilibrada pela força oposta aplicada pelos sistemas de geração 13 e a qual representa a força útil para geração de energia elétrica. O sistemas 13 são, adequadamente, controlados automaticamente e coordenados com o sistema de controle do perfil de asa 10 realizado pela unidade de base 9 de modo a regular a velocidade da unidade de base de uma forma otimizada para maximizar a potência média gerada durante movimento. Os sistemas 13 são, além disso, capazes de atuar também como motores nas fases de inversão do movimento da unidade de base de modo a reter o tempo requerida para as ditas fases tanto quanto possível.[0019] Referring now to Figure 2, it can be noted that a first embodiment of the system proposed by the present invention is constituted by a base unit 9 capable of controlling and maneuvering an
[0020] Em particular, é implementada uma estratégia de recuperação de energia durante a frenagem da unidade de base 9 e subsequente uso da energia recuperada para aceleração da unidade 9 na subsequente trajetória na direção oposta. A dita estratégia é descrita mais completamente a seguir com referência à Figura 6.[0020] In particular, an energy recovery strategy is implemented during the braking of the base unit 9 and subsequent use of the recovered energy for acceleration of the unit 9 on the subsequent trajectory in the opposite direction. Said strategy is described more fully below with reference to Figure 6.
[0021] A estratégia de recuperação de energia pode ser obtida também no caso, descrito anteriormente, onde a unidade de base e o sistema de trilhos constituem um gerador/motor linear. O sistema de trilhos 12 é, além disso, equipado com dois ou mais sistemas de suspensão e movimento 15, os quais são constituídos por uma estrutura mecânica adequada capaz de suportar e restringir o sistema de trilhos 12, opondo-se às forças exercidas pela unidade de base 9 durante seu movimento e, além disso, limitar as consequentes vibrações, e são equipados com rodas 16 conectadas a motores adequados automaticamente controlados e coordenados, de modo a orientar o sistema de trilhos 12 de forma que a direção do movimento 17 da unidade de base 9 seja sempre perpendicular à direção 18 do vento W, isto é, o ângulo θ é igual a 90°, conforme mostrado na Figura 2, assim, obtendo sempre a produção média máxima de energia, de acordo com o diagrama qualitativo que aparece na Figura 1. A direção 18 do vento W é medida em tempo real em diferentes altitudes em uma faixa de nível 0 (terra) até uma altitude suficiente para incluir todas as condições de movimento do perfil de asa, por exemplo, 1000 m a partir do solo; a dita medição é feita, por exemplo, com sistemas de um tipo lidar ou sodar que permitem medição da direção e intensidade do vento, informação que é necessária também para controle do perfil de asa 10 de acordo com aquilo que já foi descrito na literatura científica, por exemplo, o artigo de M. Canale, L. Fagiano e M. Milanese, “High Altitude Wind Energy Generation Using Controlled Power Kites”, que aparece em I IEEE Transactions on Control Systems Technology, N° 18, páginas 279-293, 2010.[0021] The energy recovery strategy can also be obtained in the case, described above, where the base unit and the rail system constitute a linear generator/motor. The
[0022] A rotação do sistema de trilhos 12 é torno do eixo vertical 19, identificado pela intersecção do plano de simetria do sistema 12 perpendicular à direção dos trilhos com o plano de simetria do sistema 12 paralelo à direção dos trilhos, assim, definindo uma área de território potencialmente ocupado pelo sistema de geração, a qual tem um formato circular em geral, com um diâmetro igual a L, onde L é o comprimento do sistema de trilhos 12. O dito comprimento é dimensionado com base nas características de vento e morfologia do terreno no local pré-selecionado para instalação do sistema de geração de modo a maximizar a potência gerada por superfície unitária potencialmente ocupada, possivelmente também se levando em conta a presença de outros sistemas de geração adjacentes similares que constituem o assim denominado “parque eólico”.[0022] The rotation of the
[0023] A energia gerada pelo sistema proposto pela invenção, conforme acaba de ser descrito com referência à Figura 2, é independente da direção 18 do vento W, graças à adaptação automática da orientação do sistema de trilhos 12 à medida que a dita direção varia, uma vez que ela varia conforme a variação das características de intensidade do vento em relação ao comprimento dos cabos 11. Em particular, para uma determinada configuração do sistema em termos de diâmetro dos cabos e características de inércia, geométricas e aerodinâmicas do perfil de asa e para uma dada característica de aumento da velocidade do vento com a altitude a partir do solo, a potência máxima gerada varia como uma função do comprimento dos cabos de acordo com um gráfico côncavo, com um máximo correspondendo a um comprimento ótimo dos cabos. O dito fenômeno se deve ao equilíbrio entre o efeito de maiores forças sobre os cabos em virtude de ventos mais fortes interceptados com cabos mais longos, com consequente aumento da geração de energia, e o efeito oposto de maior resistência aerodinâmica dos cabos à medida que seu comprimento aumenta, com consequente perda de eficiência e, consequentemente, menor geração de energia.[0023] The energy generated by the system proposed by the invention, as just described with reference to Figure 2, is independent of the
[0024] Para fins de adaptação automática não apenas à direção do vento, mas também às suas características de intensidade e variação de intensidade à medida que a altitude do solo varia, o sistema proposto pela presente invenção é equipado com um sistema automático de regulação do comprimento dos cabos, obtido de acordo com soluções presentes no estado da técnica, tal como aquela descrita no Pedido de Patente N° TO2010A000258, a qual opera de acordo com duas possíveis estratégias.[0024] For the purpose of automatic adaptation not only to the wind direction, but also to its characteristics of intensity and intensity variation as the ground altitude varies, the system proposed by the present invention is equipped with an automatic system for regulating the wind. cable length, obtained according to solutions present in the state of the art, such as that described in Patent Application No. TO2010A000258, which operates according to two possible strategies.
[0025] Em uma primeira estratégia, as medições em tempo real da velocidade do vento nas diferentes altitudes obtida, conforme já foi dito, por meio de um sistema, por exemplo, de um tipo lidar ou sodar, são adequadamente condicionadas e usadas para cálculo de um modelo de aumento do vento à medida que a altitude do solo varia. O dito modelo é, então, usado para cálculo da curva de potência correspondente à medida que o comprimento dos cabos varia, de acordo com equações simplificadas tais como, por exemplo, aquelas publicadas na tese de doutorado de L. Fagiano, “Control of Tethered Airfoils for High-Altitude Wind Energy Generation”, Turin Polytechnic, 2009, e o comprimento ótimo dos cabos é ajustado e regulado de modo a obter o máximo da dita curva. De acordo com uma segunda estratégia, o comprimento dos cabos é regulado de modo adaptativo em intervalos de tempo regulares, por exemplo, de uma hora, explorando a concavidade da característica de potência como uma função do comprimento dos cabos, isto é, variando-se o comprimento dos cabos até que a energia elétrica média medida atinja o valor máximo.[0025] In a first strategy, real-time measurements of wind speed at different altitudes obtained, as already said, by means of a system, for example, of a handle or sodar type, are properly conditioned and used for calculation of a model of increasing wind as ground altitude varies. This model is then used to calculate the power curve corresponding as the length of the cables varies, according to simplified equations such as, for example, those published in L. Fagiano's doctoral thesis, “Control of Tethered Airfoils for High-Altitude Wind Energy Generation”, Turin Polytechnic, 2009, and the optimal length of the cables is adjusted and regulated in order to get the most out of said curve. According to a second strategy, the length of the cables is adaptively regulated at regular time intervals, for example, of one hour, exploiting the concavity of the power characteristic as a function of the length of the cables, i.e., varying the length of the cables until the average electrical energy measured reaches the maximum value.
[0026] A Figura 3 mostra uma segunda concretização possível do sistema de geração proposto pela presente invenção. O princípio de funcionamento é similar àquele da solução descrita anteriormente com referência à Figura 2; no entanto, nesta segunda concretização, a unidade de base 20 é equipada com um sistema 21 constituído por uma estrutura mecânica e por uma série de rodas conectadas a geradores elétricos. O sistema 21 é capaz de equilibrar as forças laterais e verticais exercidas pelos cabos sobre a unidade de base e direcionar, através de um sistema de direcionamento automático das rodas, o movimento da unidade de base, de modo a manter uma direção 22 perpendicular à direção 23 do vento W, assim, maximizando a potência gerada. O comprimento L da trajetória 24 seguida pela unidade de base define a ocupação máxima de área no solo pelo sistema a qual, também neste caso, é igual a uma circunferência de diâmetro L com seu centro G correspondendo ao ponto central da trajetória 24. O sistema é fornecido com uma estratégia de regulação ótima do comprimento dos cabos, conforme descrito anteriormente. De uma forma similar à solução precedente, a energia gerada é transferida, por meio de cabos 25, para uma estrutura fixa concebida para sua introdução na rede elétrica ou para seu acúmulo. A vantagem desta segunda solução é uma maior simplicidade de construção da estrutura, ao custo de uma maior complexidade da unidade de base, que deve ser capaz de contrapor as forças laterais exercidas pelos cabos 26 que conectam o perfil de asa de energia 27 à unidade de base 20.[0026] Figure 3 shows a second possible embodiment of the generation system proposed by the present invention. The working principle is similar to that of the solution described above with reference to Figure 2; however, in this second embodiment, the
[0027] Com referência agora à Figura 4, uma terceira concretização possível do sistema proposto pela invenção consiste no fornecimento de um sistema 28 de trilhos fixos, com uma trajetória circular de raio R, ao longo da qual pode se mover, arrastada pelo perfil de asa 29 por meio dos cabos 30, a unidade de base 31, feita de uma forma similar à unidade de base 9 da primeira solução mostrada na Figura 2, com as devidas modificações que tornam possível o movimento ao longo de uma trajetória circular. De modo similar à primeira solução descrita anteriormente com referência à Figura 2, o sistema de trilhos 28 é capaz de restringir a unidade de base e equilibrar as forças que atuam em todas as direções, exceto na direção tangencial aos trilhos em si. Geração de energia é obtida fazendo com que a unidade de base descreva uma trajetória 32 em formato de um arco de uma circunferência em direções alternadas e de uma maneira contínua. Também nesta solução, conforme na solução da Figura 2, a energia pode ser possivelmente gerada através da construção, de uma forma adequada, da unidade de base e do sistema de trilhos, de modo a formar um gerador/motor linear. A eletricidade produzida é adequadamente gerida e transmitida, por exemplo, por meio de cabos 33, para uma estrutura fixa, concebida para sua introdução na rede elétrica e, possivelmente, para acúmulo com dispositivos intencionalmente fornecidos conhecidos na técnica, conforme já foi descrito anteriormente.[0027] Referring now to Figure 4, a third possible embodiment of the system proposed by the invention is to provide a
[0028] A trajetória 32 tem uma amplitude angular igual a 2θ e é modificada automaticamente por meio de uma rotação em torno do eixo vertical 34, de modo a ser sempre simétrica em relação à direção 35 do vento W, conforme mostrado na Figura 4. À medida que o ângulo θ aumenta, a potência média gerada varia, conforme mostrado no diagrama da Figura 4. O raio R e a amplitude 2θ da trajetória são, consequentemente, escolhidos de forma a obter o melhor compromisso entre a ocupação do território, definida pela circunferência de raio 2R, o comprimento linear da trajetória da unidade de base, igual a 2θR, e a potência média gerada. Também esta terceira solução é capaz de adaptar automaticamente o comprimento dos cabos às condições de intensidade do vento, conforme descrito anteriormente. A vantagem desta terceira solução é apresentar uma maior simplicidade de construção da estrutura quando comparado com a primeira solução mostrada na Figura 2, uma vez que o sistema de trilhos 28 é fixado ao chão, e uma maior simplicidade de construção da unidade de base quando comparado com a segunda solução mostrada na Figura 3, graças à presença dos trilhos 28 que equilibram as forças laterais exercidas pelos cabos sobre a unidade de base 31. Essas vantagens são obtidas ao custo de uma menor potência média gerada e uma certa variabilidade maior da energia gerada durante a trajetória de um formato curvo.[0028] The
[0029] Com referência à Figura 5, uma aplicação no âmbito do contexto offshore do sistema proposto pela presente invenção é constituída por uma embarcação 36, arrastada pelo perfil de asa 37 por meio dos cabos 38, com funções similares à unidade de base 20 da segunda solução mostrada na Figura 3. A energia é gerada por meio de turbinas 39 apropriadas posicionadas por baixo do casco da embarcação 36, as quais se opõem ao movimento da própria embarcação. Um controle automático intencionalmente fornecido das turbinas 39 e a presença de elementos estabilizadores 40, possivelmente hidrodinâmicos e ativos de acordo com soluções conhecidas no estado da técnica, limita a margem de giro e manobra e asseguram a direcionalidade da embarcação em seu movimento alternado ao longo da trajetória 41, a direção 42 da qual é regulada automaticamente de modo a ser sempre perpendicular à direção 43 do vento W, assim, maximizando a geração de energia. A energia elétrica é devidamente controlada e transmitida via cabos submarinos 44 para uma estrutura fixa, concebida para sua introdução na rede e, possivelmente, para seu acúmulo com dispositivos intencionalmente fornecidos conhecidos na técnica, tais como sistemas de inércia ou hidrogênio. O comprimento L da trajetória 41 é escolhido de forma a maximizar a potência média por superfície unitária do mar ocupada. A ocupação do espaço é fornecida por uma circunferência de raio L centralizada no ponto central da trajetória 41. Também esta aplicação no contexto offshore é fornecida com um sistema para regulação automática do comprimento dos cabos, conforme anteriormente descrito.[0029] With reference to Figure 5, an application in the offshore context of the system proposed by the present invention is constituted by a
[0030] A Figura 6 é uma representação esquemática de uma estratégia de controle adequada para todas as soluções propostas pela presente invenção. Em particular, na Figura 6 aparecem projeções, no plano perpendicular à direção do vento, da unidade de base 45 e do perfil de asa 46 em diferentes posições ao longo da trajetória, designadas como posições 47, 48 e 49. As ditas posições são reproduzidas duas vezes, de um modo especular, uma vez que elas ocorrem durante o movimento da unidade de base 45 em ambas as direções ao longo de sua trajetória. A estratégia de controle é constituída por três etapas identificadas pelos segmentos adequados L1 e L2 na Figura 6 as quais, juntas, formam a projeção da trajetória da unidade de base 45 no plano perpendicular à direção do vento. Sem que isso implique em qualquer perda de generalidade, o comprimento da dita projeção é designado por L na Figura 6: no caso das primeira e segunda soluções propostas pela presente invenção, mostradas na Figura 2 e na Figura 3, respectivamente, o dito comprimento coincide com o comprimento da trajetória da unidade de base 45 enquanto que, no caso da terceira solução mostrada na Figura 4, o comprimento efetivo da trajetória da unidade de base 45 será maior do que L e, para ser preciso, igual LΔθ/sin(Δθ) . Conforme emerge a partir da Figura 6, o comprimento L pode ser discriminado como L = L1 + 2L2, e o comprimento L1 é, tipicamente, muito maior do que o comprimento L2.[0030] Figure 6 is a schematic representation of a control strategy suitable for all solutions proposed by the present invention. In particular, in Figure 6 there appear projections, in the plane perpendicular to the wind direction, of the
[0031] A primeira etapa da estratégia de controle é dita como “etapa de aceleração” e está compreendido entre o momento em que a unidade de base 45 começa de estacionária em uma das duas extremidades da trajetória L (posição designada por 47 na Figura 6) e acelera na direção da outra extremidade, e o momento em que a unidade de base 45 tenha atingido um determinado valor v de velocidade, dito como “velocidade de estado estacionário” (posição designada por 48 na Figura 6). No início da etapa de aceleração, o perfil de asa 46 é manobrado de maneira a estar muito inclinado na direção da aceleração, de modo a conferir uma força de tração considerável na presença de uma baixa velocidade da unidade de base 45. Durante a etapa de aceleração, a dita inclinação do perfil de asa 46 diminui gradualmente, enquanto a unidade de base 45 aumenta sua própria velocidade de modo a manter uma alta velocidade eficaz do vento sobre o perfil de asa de energia 46. Os motores/geradores localizados na unidade de base 45 são controlados automaticamente, de modo que a velocidade v seja atingida após cobrir um comprimento L2 da trajetória, conforme mostrado na Figura 6, também reutilizando a energia recuperada na “etapa de frenagem”, descrita a seguir.[0031] The first step of the control strategy is called "acceleration step" and is comprised between the moment when the
[0032] Após a etapa de aceleração, a “etapa de estado estacionário” começa, durante a qual a unidade de base 45 é arrastada pelo perfil de asa de energia 46 em uma velocidade constante v, regulada por meio de um controle automático intencionalmente fornecido dos geradores aplicados sobre a unidade de base 45. Durante a etapa de estado estacionário, o perfil de asa é controlado de modo a descrever deslocamentos rápidos para cima e para baixo para maximizar a velocidade efetiva e, consequentemente, a energia gerada. Após cobrir o comprimento L1, a etapa de frenagem finalmente começa, com a unidade de base 45 colocada na posição designada por 49 na Figura 6, em que os geradores aplicados sobre a unidade de base são usados junto com um sistema de frenagem para interromper o movimento da unidade de base no espaço L2, recuperando tanta energia quanto possível.[0032] After the acceleration step, the "steady state step" begins, during which the
[0033] Simultaneamente, o perfil de asa 46 é controlado de modo a se ajustar em uma posição útil para a subsequente etapa de aceleração, ou seja, com inclinação considerável ao longo da trajetória em direção oposta ao movimento da unidade de base durante a etapa de frenagem. O sistema de controle é, aliás, concebido para conter o movimento do perfil de asa entre uma altura mínima H e uma altura máxima H+ΔH partir do solo e controlar o movimento do perfil de asa, de modo a impedir que as forças de tração que atuam sobre os cabos excedam um valor crítico para integridade do sistema.[0033] Simultaneously, the
[0034] Os valores de L, L1, L2, H e ΔH são regulados de forma a maximizar a potência média gerada, ao mesmo tempo em que limita a ocupação de espaço aéreo. As funções descritas podem ser obtidas, por exemplo, por meio de algoritmos de controle de um tipo preditivo não linear, escolhendo apropriadamente restrições e função de custo, de uma forma muito similar àquela descrita em relação a sistemas de conversão diferentes daqueles propostos pela presente invenção no artigo de M. Canale, L. Fagiano, e M. Milanese, “High Altitude Wind Energy Generation Using Controlled Power Kites”, que aparece em IEEE Transactions on Control Systems Technology, N° 18, páginas 279-293, 2010.[0034] The values of L, L1, L2, H and ΔH are regulated in order to maximize the average power generated, while limiting the occupation of airspace. The described functions can be obtained, for example, by means of control algorithms of a non-linear predictive type, appropriately choosing constraints and cost function, in a very similar way to that described in relation to conversion systems different from those proposed by the present invention in the article by M. Canale, L. Fagiano, and M. Milanese, “High Altitude Wind Energy Generation Using Controlled Power Kites,” which appears in IEEE Transactions on Control Systems Technology, No. 18, pages 279-293, 2010.
Claims (14)
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
IT000251A ITTO20110251A1 (en) | 2011-03-23 | 2011-03-23 | WIND ENERGY CONVERSION SYSTEM IN ELECTRIC ENERGY THROUGH THE FLIGHT OF POWERED WINGED PROFILES LANDED BY FIXED LENGTH CABLES, WITHOUT PASSIVE PHASES AND ADAPTING AUTOMATICALLY TO THE WIND CONDITIONS |
ITTO2011A000251 | 2011-03-23 | ||
PCT/IB2012/051378 WO2012127444A1 (en) | 2011-03-23 | 2012-03-22 | System for converting wind energy into electrical energy through the flight of power wing profiles tethered to the ground by cables of a fixed length, without passive phases, and with automatic adaptation to wind conditions |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
BR112013028356A2 BR112013028356A2 (en) | 2017-01-24 |
BR112013028356B1 true BR112013028356B1 (en) | 2021-07-13 |
Family
ID=43977485
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
BR112013028356-4A BR112013028356B1 (en) | 2011-03-23 | 2012-03-22 | SYSTEM FOR CONVERTING WIND ENERGY INTO ELECTRIC ENERGY THROUGH FLIGHTS OF ENERGY WING PROFILES MOORED TO THE GROUND BY FIXED LENGTH CABLES WITHOUT PASSIVE PHASES AND WITH AUTOMATIC ADAPTING TO WIND CONDITIONS |
Country Status (13)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9366232B2 (en) |
EP (1) | EP2689130B8 (en) |
JP (1) | JP6013445B2 (en) |
CN (1) | CN103748357A (en) |
BR (1) | BR112013028356B1 (en) |
CA (1) | CA2828419C (en) |
DK (1) | DK2689130T3 (en) |
ES (1) | ES2609772T3 (en) |
IT (1) | ITTO20110251A1 (en) |
PL (1) | PL2689130T3 (en) |
PT (1) | PT2689130T (en) |
RU (1) | RU2593318C2 (en) |
WO (1) | WO2012127444A1 (en) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9039334B2 (en) * | 2011-11-18 | 2015-05-26 | Sergey Nikolayevich Ermilov | Methods and apparatuses for moving objects based on a buoyancy force |
US20160013703A1 (en) * | 2013-02-04 | 2016-01-14 | Minesto Ab | Power plant comprising a structure and a vehicle |
US8950710B1 (en) | 2014-01-31 | 2015-02-10 | Kitefarms LLC | Apparatus for extracting power from fluid flow |
US9777709B2 (en) | 2015-01-08 | 2017-10-03 | Hans Dysarsz | Translating foil system for harvesting kinetic energy from wind and flowing water |
CA2976128A1 (en) * | 2015-02-10 | 2016-08-18 | Kitefarms LLC | Apparatus for extracting power from fluid flow |
PL417271A1 (en) * | 2016-05-20 | 2017-12-04 | Adam Bednarczyk | Sail wind power plant |
RU2665847C1 (en) * | 2017-05-22 | 2018-09-04 | Вячеслав Антонович Якимчук | Wind energy conversion module |
BE1025180B1 (en) * | 2017-09-21 | 2018-11-22 | Hervé TICHKIEWITCH | WINDING SYSTEM WITH TRACTION KITES |
Family Cites Families (23)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3987987A (en) | 1975-01-28 | 1976-10-26 | Payne Peter R | Self-erecting windmill |
US4076190A (en) | 1976-03-30 | 1978-02-28 | Lambros Lois | Apparatus for extracting energy from winds at significant height above the surface |
US4251040A (en) | 1978-12-11 | 1981-02-17 | Loyd Miles L | Wind driven apparatus for power generation |
NL8101231A (en) * | 1981-03-13 | 1982-10-01 | Ir Gijsbert Johannes Engelsman | BALLOON WINDMILL. |
US6327994B1 (en) * | 1984-07-19 | 2001-12-11 | Gaudencio A. Labrador | Scavenger energy converter system its new applications and its control systems |
SU1509560A1 (en) * | 1987-09-02 | 1989-09-23 | Ч.-К.А. Будрёвич | Wind mill |
US6254034B1 (en) | 1999-09-20 | 2001-07-03 | Howard G. Carpenter | Tethered aircraft system for gathering energy from wind |
US6523781B2 (en) | 2000-08-30 | 2003-02-25 | Gary Dean Ragner | Axial-mode linear wind-turbine |
GB0216482D0 (en) | 2002-07-16 | 2002-08-21 | Rolls Royce Plc | Power generation |
EP1672214B1 (en) | 2004-12-03 | 2008-02-27 | Massimo Ippolito | Vertical axis wind turbine with control system steering kites |
ITTO20050444A1 (en) * | 2005-06-27 | 2006-12-28 | Sequoia Automation Srl | FLYING MACHINE CONTAINED BY ULTRALIGHT DEFORMABLE WINGED PROFILES, ROTATING ON ITS AXIS TO OBTAIN SUPPORT HIGHER THAN THE STRENGTH OF GRAVITY AND RESIDUAL ENERGY USED FOR VARIOUS AIMS. |
US20070120005A1 (en) * | 2005-11-28 | 2007-05-31 | Olson Gaylord G | Aerial wind power generation system |
FR2897903A1 (en) * | 2006-02-28 | 2007-08-31 | Francois Raynal | Aerogenerator for producing electricity, has energetic device moved by wind for producing energy, and including wings circulating on railway path covered by appropriate rafts connected with each other by circular cable |
ITTN20060006A1 (en) | 2006-04-20 | 2007-10-21 | Gianfranco Oradini | VERTICAL AXIS ROTATIONAL SYSTEM AND SAIL CONCEPTION FOR WIND ENERGY PRODUCTION |
RU2407915C2 (en) * | 2006-04-24 | 2010-12-27 | Кайт Джен Ресерч С.Р.Л. | Wind system for conversion of energy by means of power wing sections, method of electric energy generation by means of such system and its use for ship towing |
JP2008075486A (en) | 2006-09-20 | 2008-04-03 | Nova Kenkyusho:Kk | Traveling object by wind force |
JP4208153B2 (en) * | 2006-10-06 | 2009-01-14 | 保信 刀祢明 | Power generator |
WO2008047963A1 (en) | 2006-10-19 | 2008-04-24 | Jongchul Kim | Electric power generation system using hydro turbine tracted by paraglider |
US7656053B2 (en) | 2007-08-03 | 2010-02-02 | Makani Power, Inc. | Controlling power extraction for wind power generation |
US20090072092A1 (en) | 2007-09-13 | 2009-03-19 | Makani Power, Inc. | Bimodal kite system |
US8018079B2 (en) * | 2009-02-23 | 2011-09-13 | Tetraheed Llc | Reciprocating system with buoyant aircraft, spinnaker sail, and heavy cars for generating electric power |
US20120049533A1 (en) * | 2009-02-23 | 2012-03-01 | Kelly Patrick D | Buoyant airbarge and spinnaker sail combinations for generating electric power from wind |
IT1399971B1 (en) | 2010-03-31 | 2013-05-09 | Modelway S R L | CONTROL ACTUATION SYSTEMS FOR THE FLIGHT OF A POWER WING PROFILE FOR THE CONVERSION OF WIND ENERGY IN ELECTRIC OR MECHANICAL ENERGY |
-
2011
- 2011-03-23 IT IT000251A patent/ITTO20110251A1/en unknown
-
2012
- 2012-03-20 US US14/006,900 patent/US9366232B2/en active Active
- 2012-03-22 RU RU2013146667/06A patent/RU2593318C2/en active
- 2012-03-22 DK DK12720580.5T patent/DK2689130T3/en active
- 2012-03-22 ES ES12720580.5T patent/ES2609772T3/en active Active
- 2012-03-22 CN CN201280024858.0A patent/CN103748357A/en active Pending
- 2012-03-22 CA CA2828419A patent/CA2828419C/en active Active
- 2012-03-22 BR BR112013028356-4A patent/BR112013028356B1/en active IP Right Grant
- 2012-03-22 PL PL12720580T patent/PL2689130T3/en unknown
- 2012-03-22 WO PCT/IB2012/051378 patent/WO2012127444A1/en active Application Filing
- 2012-03-22 PT PT127205805T patent/PT2689130T/en unknown
- 2012-03-22 EP EP12720580.5A patent/EP2689130B8/en active Active
- 2012-03-22 JP JP2014500527A patent/JP6013445B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
PT2689130T (en) | 2017-01-31 |
ITTO20110251A1 (en) | 2012-09-24 |
WO2012127444A1 (en) | 2012-09-27 |
CA2828419A1 (en) | 2012-09-27 |
US9366232B2 (en) | 2016-06-14 |
EP2689130B1 (en) | 2016-12-21 |
EP2689130A1 (en) | 2014-01-29 |
DK2689130T3 (en) | 2017-03-13 |
EP2689130B8 (en) | 2017-02-22 |
US20140077495A1 (en) | 2014-03-20 |
ES2609772T3 (en) | 2017-04-24 |
RU2013146667A (en) | 2015-04-27 |
PL2689130T3 (en) | 2017-06-30 |
CN103748357A (en) | 2014-04-23 |
BR112013028356A2 (en) | 2017-01-24 |
JP6013445B2 (en) | 2016-10-25 |
CA2828419C (en) | 2017-03-21 |
RU2593318C2 (en) | 2016-08-10 |
JP2014508893A (en) | 2014-04-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
BR112013028356B1 (en) | SYSTEM FOR CONVERTING WIND ENERGY INTO ELECTRIC ENERGY THROUGH FLIGHTS OF ENERGY WING PROFILES MOORED TO THE GROUND BY FIXED LENGTH CABLES WITHOUT PASSIVE PHASES AND WITH AUTOMATIC ADAPTING TO WIND CONDITIONS | |
EP0022635B1 (en) | Fluid powered tracked vehicle for generating electricity | |
US9080550B2 (en) | Airborne wind energy conversion system with fast motion transfer | |
JP7030711B2 (en) | Floating wind turbine with vertical axis twin turbine with improved efficiency | |
US9366226B2 (en) | Circuit wind power system and method for generating electricity using the same | |
EA019501B1 (en) | Gyroglider power-generation, control apparatus and method | |
RU2615549C2 (en) | Wind energy conversion system by moving on rail modules towed by kites and electrical energy generation process by means of such system | |
US20160201647A1 (en) | Translating Foil System for Harvesting Kinetic Energy From Wind and Flowing Water | |
CN102889171B (en) | Tree-shaped force-lifting type perpendicular shaft wind turbine generator capable of realizing pneumatic speed reduction of blade | |
US9004851B1 (en) | Efficient spiral wind-turbine configuration | |
EA032564B1 (en) | Apparatus and method for extracting power | |
US20160290317A1 (en) | Wind and water power generation system with multi-stage linear generators | |
US9394883B2 (en) | Circuit wind power system and method for generating electricity using the same | |
EP2910775B1 (en) | A wind power electricity generation system and method thereof | |
JP2021169821A (en) | Apparatus for extracting power from fluid flow | |
WO2012000025A1 (en) | Submerged waterwheel for oceanic power | |
CN104005914A (en) | Wind turbine system and electricity generation method thereof | |
US11493022B2 (en) | Vertical axis wind-powered generator using guided carts | |
US20170335822A1 (en) | Wind turbine which can be moved in translation | |
Sokolovsky et al. | Theoretical and technical basis for the optimization of wind energy plants | |
WO2000045050A1 (en) | Wind power plant | |
KR20230097911A (en) | A system for wind power generation including blade adjusted according to airflow, blade and method for controlling it | |
IT201900004116U1 (en) | VERTICAL AXIS WIND GENERATOR ON RAIL | |
JP2020528507A (en) | Methods and systems for converting wind energy | |
KR20080005770U (en) | 2 The Propeller for generator has several mobile canvas 2 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
B15K | Others concerning applications: alteration of classification |
Ipc: F03D 5/02 (2006.01), F03D 9/25 (2016.01), F03D 13/ |
|
B06F | Objections, documents and/or translations needed after an examination request according [chapter 6.6 patent gazette] | ||
B06U | Preliminary requirement: requests with searches performed by other patent offices: procedure suspended [chapter 6.21 patent gazette] | ||
B09A | Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette] | ||
B16A | Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette] |
Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 20 (VINTE) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 22/03/2012, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS. |